感應(yīng)式無(wú)線電能傳輸具有輻射小、可靠、靈活、無(wú)直接物理接觸等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用在電動(dòng)汽車、植入式醫(yī)療、消費(fèi)電子等領(lǐng)域。在一些場(chǎng)合中,除實(shí)現(xiàn)能量傳輸外,還需實(shí)現(xiàn)信號(hào)的復(fù)合傳輸,以完成發(fā)送控制指令、反饋測(cè)量信號(hào)、實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)信息等功能。由于現(xiàn)有的無(wú)線能量與信號(hào)傳輸系統(tǒng)大多采用分離通道傳輸能量與信號(hào),增加系統(tǒng)體積與復(fù)雜度。且普遍采用低階補(bǔ)償,具有電路靈敏度過(guò)高,不易實(shí)現(xiàn)ZVS軟開(kāi)關(guān)等缺陷。同時(shí)現(xiàn)有的文獻(xiàn)關(guān)于能量與信號(hào)傳輸?shù)拇當(dāng)_,能量傳輸回路高次諧波對(duì)信號(hào)傳輸影響的分析較少。針對(duì)上述問(wèn)題,本文基于傳統(tǒng)ICPT系統(tǒng),設(shè)計(jì)一種通過(guò)共用同一松耦合變壓器,無(wú)需增設(shè)信號(hào)傳輸線圈,并采用高階補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)保證能量穩(wěn)定傳輸?shù)耐瑫r(shí)完成信號(hào)的復(fù)合傳輸。本文首先通過(guò)Maxwell對(duì)松耦合變壓器進(jìn)行建模、仿真分析,確定其最優(yōu)參數(shù)。同時(shí)利用基波分析法,對(duì)能量傳輸回路的S/LCC高階補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的靜態(tài)工作特性、輸入阻抗特性、輸出特性等進(jìn)行分析設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)能量高效、穩(wěn)定的傳輸;而后選擇幅移鍵控調(diào)制方式,對(duì)信號(hào)傳輸回路各部分的阻抗特性、信號(hào)傳遞函數(shù)、信號(hào)傳輸信噪比及信號(hào)傳輸速率等特性進(jìn)行探究,總結(jié)決定相關(guān)特性的主要因素,同時(shí)設(shè)計(jì)相應(yīng)的信號(hào)調(diào)制電路與信號(hào)解調(diào)電路,確保信號(hào)的準(zhǔn)確穩(wěn)定傳輸;隨后對(duì)能量與信號(hào)復(fù)合傳輸系統(tǒng)的綜合性能進(jìn)行探究,包括:不對(duì)稱處理電路以實(shí)現(xiàn)MOSFET的ZVS軟開(kāi)關(guān),降低能量信號(hào)傳輸之間的串?dāng)_,并分析能量傳輸回路中的逆變與整流環(huán)節(jié)的高次諧波對(duì)能量傳輸以及信號(hào)傳輸?shù)挠绊?驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)對(duì)兩種高次諧波均具有良好的抑制性能。最終搭建了感應(yīng)式無(wú)線能量與信號(hào)復(fù)合傳輸?shù)南到y(tǒng)樣機(jī),原、副邊無(wú)線傳輸距離10cm下,能量傳輸回路額定功率50W時(shí),系統(tǒng)效率達(dá)到86.2%,且實(shí)現(xiàn)了ZVS,同時(shí)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的復(fù)合傳輸,在ASK編碼“11001110”下,傳輸速率40kbps,信號(hào)接收端的信噪比為-3.01d B,驗(yàn)證了方案的可行性。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM724
【部分圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文耦合系數(shù)偏低(小于 0.3)，通常稱之為松耦合變壓器。 U 形、E 形和罐形等普通的變壓器磁芯[17]，但在大氣的耦合系數(shù)急速下降，耦合效果不理想，且抗偏移能取而代之。奧克蘭大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)對(duì)應(yīng)用于電動(dòng)汽車領(lǐng)域的松耦合研究。首先提出一種圓盤形磁耦合機(jī)構(gòu)[18]，如圖 1-1(a加變壓器耦合系數(shù)，并通過(guò)大量仿真分析了磁芯的分外形等因素對(duì)變壓器耦合性能的影響，總結(jié)了松耦合方案，對(duì)本文的磁設(shè)計(jì)有借鑒意義。但該圓形松耦合敏感，隨后提出 DD(Double D Type)型以及 DDQ 型變，提高了變壓器的抗偏移能力。為減小 DDQ 線圈的損，Zaheer A.提出了一種 BBP 型線圈結(jié)構(gòu)如圖 1-1(d)提出的 DD-DDQ 結(jié)構(gòu)在電動(dòng)汽車領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文感以減小系統(tǒng)無(wú)功，提高系統(tǒng)效率。如圖 1-2 所示為四種最為經(jīng)典拓?fù)�，依次�?S/S、S/P、P/S、P/P。利用 LC 串聯(lián)(Serial)與并聯(lián)(P的原理，如 S/P 代表原邊采用串聯(lián)諧振補(bǔ)償電容、副邊采用并聯(lián)諧的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。文獻(xiàn)[26]采用基波分析法，提出了上述四種低階補(bǔ)償方法，并分析了系統(tǒng)頻率特性。文獻(xiàn)[27]分別比較分析了副邊采用補(bǔ)償電容時(shí)的恒壓或恒流輸出特性。低階補(bǔ)償往往存在系統(tǒng)輸出電益不可調(diào)、諧振元件靈敏度高、效率低等缺點(diǎn)，為解決上述問(wèn)題，撲應(yīng)運(yùn)而生。

松耦合變壓器承擔(dān)著能量與信號(hào)的發(fā)射與接收任務(wù)。本章通過(guò)建立磁耦合機(jī)構(gòu)的等效電路模型以及分析其能量傳輸特性，對(duì)平面型松耦合變壓器的結(jié)構(gòu)、線圈參數(shù)進(jìn)行仿真與優(yōu)化設(shè)計(jì)。同時(shí)為減小系統(tǒng)無(wú)功分量，提高系統(tǒng)效率，提出 S/LCC 補(bǔ)償拓?fù)洌瑢?duì)簡(jiǎn)化后的復(fù)合系統(tǒng)的能量傳輸回路進(jìn)行基波分析，探究能量傳輸特性、輸出特性及輸入阻抗特性等，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算與優(yōu)化。2.1 能量與信號(hào)復(fù)合傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介感應(yīng)式無(wú)線電能傳輸技術(shù)其基本工作原理為：輸入直流電經(jīng)過(guò)逆變環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)為一定頻率的交流電。松耦合變壓器作為磁場(chǎng)能量與電場(chǎng)能量相互轉(zhuǎn)換的介質(zhì)，在松耦合變壓器的發(fā)送線圈中，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，將一定頻率的交變電流轉(zhuǎn)換為變化的磁場(chǎng)，完成電場(chǎng)能量-磁場(chǎng)能量的轉(zhuǎn)換，變化磁場(chǎng)中的能量在松耦合變壓器的接收線圈中，通過(guò)電磁感應(yīng)產(chǎn)生相應(yīng)頻率的交變感應(yīng)電流，完成磁場(chǎng)能量-電場(chǎng)能量的轉(zhuǎn)換，并通過(guò)副邊整流濾波電路供給負(fù)載側(cè)使用，實(shí)現(xiàn)能量的傳遞。ICPT 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示，由四個(gè)電氣組成部分構(gòu)成，分別為：逆變電路、原副邊補(bǔ)償電路、松耦合變壓器以及整流濾波電路。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前7條

1 王智慧;胡超;孫躍;戴欣;;基于輸出能效特性的IPT系統(tǒng)磁耦合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[J];電工技術(shù)學(xué)報(bào);2015年19期

2 侯佳;陳乾宏;任小永;阮新波;Siu-Chung Wong;Chi K.Tse;;S/SP非接觸諧振變換器的時(shí)域特性分析[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2015年08期

3 侯佳;陳乾宏;嚴(yán)開(kāi)沁;李明碩;張強(qiáng);阮新波;;新型S/SP補(bǔ)償?shù)姆墙佑|諧振變換器分析與控制[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2013年33期

4 張建偉;曹彪;;EE型松耦合變壓器的精確磁路模型和仿真分析[J];電子設(shè)計(jì)工程;2013年11期

5 戴欣;余奎;孫躍;;CLC諧振型感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的H_∞控制[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2010年30期

6 張巍;陳乾宏;S.C.Wong;Michael Tse;曹玲玲;;新型非接觸變壓器的磁路模型及其優(yōu)化[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2010年27期

7 周錦鋒;孫躍;蘇玉剛;戴欣;翟淵;;感應(yīng)耦合電能與信號(hào)同步傳輸技術(shù)[J];重慶工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2009年04期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 胡超;電動(dòng)汽車無(wú)線供電電磁耦合機(jī)構(gòu)能效特性及優(yōu)化方法研究[D];重慶大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前7條

1 欒盈盈;人工心臟無(wú)線供電裝置研制[D];重慶大學(xué);2016年

2 閆鵬旭;基于共享通道的ICPT系統(tǒng)能量信號(hào)并行傳輸技術(shù)研究[D];重慶大學(xué);2016年

3 王洋;磁耦合諧振式無(wú)線電能與信息同步傳輸技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

4 張寧;基于耦合線圈復(fù)用的ICPT系統(tǒng)能量信號(hào)分時(shí)傳輸技術(shù)[D];重慶大學(xué);2015年

5 趙崇文;一種基于電磁耦合的無(wú)線能量/信號(hào)頻分復(fù)合傳輸方法研究[D];浙江大學(xué);2014年

6 張愛(ài)國(guó);感應(yīng)式電能和信號(hào)同步傳輸技術(shù)的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

7 孫旦;基于無(wú)線能量傳輸?shù)臏囟葌鞲邢到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)[D];浙江大學(xué);2010年

本文編號(hào)：2818752